Нейронний елемент на r-негатронах

Реферат: Нейронний елемент на R-негатронах містить джерело живлення, фотодіоди, анод, джерело живлення та польові транзистори. UA 76406 U (54) НЕЙРОННИЙ ЕЛЕМЕНТ НА R-НЕГАТРОНАХ UA 76406 U UA 76406 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до біоніки та обчислювальної техніки і може бути використана як елемент в нейроподібних мереж для моделювання біологічних процесів у пристроях оброблення, аналізу і розпізнавання образів, а також як елемент паралельних обчислювальних структур для вирішення задач цифрового оброблення сигналів, систем алгебраїчних рівнянь, крайових задач теорії поля. Відомий пристрій для моделювання нейрона (патент України № 52771, м. кл. G06G 7/60, 2006 р., бюл. №17), який містить керовані резисторні елементи, блоки моделювання синапсів, які складаються з послідовно з'єднаних узгоджуючих підсилювачів, входи яких є входами блоків моделювання синапсів, накопичуючих елементів, елементів затримки, блоки моделювання дендритів, які складаються з суматорів, елементів затримки та інвертора, утворюючих прямий та зворотний ланцюги так, що елементи затримки і суматори по першому неінвертованому входу включені до них послідовно і чергуються між собою, причому зворотний ланцюг починається з суматора, а вихід його останнього елемента затримки з'єднаний через інвертор з входом першого елемента затримки прямого ланцюга, другі неінвертовані входи суматорів прямого ланцюга з'єднані з інвертованими входами суміжних з ними суматорів зворотного ланцюга і є входами блока моделювання дендриту, які з'єднані з виходами відповідної до нього групи блоків моделювання синапсів, вихід кожного елемента затримки прямого ланцюга з'єднаний з другим неінвертованим входом відповідного суматора зворотного ланцюга і є виходом блока моделювання дендриту і дендритним виходом пристрою, а вихід кожного елемента затримки зворотного ланцюга з'єднаний з третім неінвертованим входом відповідного суматора прямого ланцюга, прямий ланцюг закінчується елементом затримки, вихід якого є проксимальним виходом блока моделювання дендриту, формувач вихідних імпульсів, вихід якого є виходом пристрою, пристрій також містить блок синхронізації, входи якого з'єднані з виходом пристрою і його входами, а виходи за кількістю синапсів підключені до керуючих входів резисторних елементів, причому кожний блок моделювання дендриту містить додаткові елементи затримки за кількістю наявних у них елементів затримки без одного та двовхідні суматори, виходи двовхідних суматорів є дендритними виходами, перший вхід кожного суматора під'єднаний між виходом елемента затримки і входом додаткового елемента затримки прямого ланцюга, а другий вхід - між відповідними їм елементами затримки зворотного ланцюга, кількість двовхідних суматорів дорівнює кількості ділянок дендриту між синаптичними контактами. Недоліком даного пристрою є складність його структури. Відомий пристрій для моделювання нейрона (а. с. СРСР № 482766, м. кл. G06G 7/60, 1975 р., бюл. № 32), який містить транзистор, який є активним елементом пристрою і працює в лавинному режимі, п'ять резисторів, три конденсатори та два діоди, причому перший, другий та третій резистори та перший конденсатор забезпечують заданий режим роботи пристрою, гальмівний та збуджуючий входи містять діодно-ємнісні інтегруючі ланцюги і струмообмежуючі четвертий та п'ятий резистори. Недоліком даного пристрою є електрична природа вхідних та вихідних сигналів (що ускладнює технологію утворення на таких елементах нейронних мереж з великою кількістю міжз'єднань), та необхідність відносно великих для інтегральних схем напруг (для живлення лавинного транзистора). Найбільш близьким до запропонованого пристрою є пристрій для моделювання нейрона (патент України № 55921, м. кл. G06G 7/00, 2009 р., бюл. №24), який містить джерело живлення, яке з'єднано з катодом першого фотодіода та з виводами першого та другого резисторів, анод першого фотодіода з'єднано з катодом другого фотодіода, з першим виводом першого конденсатора, другим виводом другого резистора та керуючим електродом тиристора, другий вивід першого резистора з'єднано з першим виводом другого конденсатора та анодом тиристора, катод тиристора з'єднано з електричним виходом пристрою та першими виводами третього резистора та третього конденсатора, другий вивід третього резистора з'єднано з анодом світлодіода, катод якого разом з другими виводами першого, другого та третього конденсаторів з'єднано із загальною шиною. Недоліком даного пристрою є низька робоча частота та неможливість реалізації даного нейронного елемента на структурах метал-оксид-напівпровідник. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки такого нейронного елемента на Rнегатонах, в якому за рахунок введення нових елементів та зв'язків між ними досягається збільшення діапазону робочих частот. Поставлена задача вирішується тим, що в нейронний елемент на R-негатронах, який містить джерело живлення, яке з'єднано з катодом першого фотодіода, анод якого з'єднано з катодом другого фотодіода, анод другого фотодіода з'єднано з негативним полюсом джерела 1 UA 76406 U 5 10 15 20 25 живлення, згідно з корисною моделлю, введено чотири польових транзистори, причому стік першого польового транзистора з вбудованим каналом (в подальшому ПТ) з'єднаний із джерелом живлення, а його витік з'єднаний з витоком другого ПТ, затвор першого ПТ транзистора з'єднаний зі стоком другого та третього ПТ, затвор другого ПТ з'єднано з джерелом живлення, витік третього ПТ з'єднано з витоком четвертого ПТ, стік четвертого ПТ з'єднано з негативним полюсом джерела живлення, затвор третього ПТ з'єднано з анодом другого фотодіода, затвор четвертого ПТ з'єднано зі стоком другого ПТ, анод першого фотодіода з'єднано зі стоком третього ПТ та з потенціальним виходом. На кресленні наведено схему нейронного елемента на R-негатроні. Пристрій містить перший фотодіод 1, анод якого з'єднано з катодом другого фотодіода 2, катод першого фотодіода 1 з'єднано з джерелом живлення 7, анод другого фотодіода 2 з'єднано з негативним полюсом джерела живлення 8 стік першого ПТ 3 з'єднаний із джерелом живлення 7, витік першого ПТ 3 з'єднаний з витоком другого ПТ 4, затвор першого ПТ 3 транзистора з'єднаний зі стокам другого ПТ 4 та зі стоком третього ПТ 5, затвор другого ПТ 4 з'єднано з джерелом живлення 7, витік третього ПТ 5 з'єднано з витоком четвертого ПТ 6, стік четвертого ПТ 6 з'єднано з негативним полюсом джерела живлення 8, затвор третього ПТ 5 з'єднано з анодом другого фото діода 2, затвор четвертого ПТ 6 з'єднано зі стоком другого ПТ 4, анод першого фотодіода 1 з'єднано зі стоком третього ПТ 5 та з потенціальним виходом 9. Пристрій працює таким чином. Перший фотодіод 1 приймає збуджувальні вхідні оптичні сигнали, які перетворюються в струм, що при досягненні порогового значення переведе R-негатрон, реалізований на λприладі, побудованому на третьому ПТ 5 та четвертому ПТ 6, в стан відсічки, що спричинить появу високого потенціалу на потенціальному виході 9, а гальмівні вхідні оптичні сигнали перетворюються другим фотодіодом 2 в струм, що при досягненні порогового значення переведе R-негатрон, реалізований на λ- приладі, побудованому на першому ПТ 3 та другому ПТ 4, в стан відсічки, що спричинить появу низького потенціалу на потенціальному виході 9. Напруга живлення прикладається між клемами 7 та 8. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Нейронний елемент на R-негатронах, який містить джерело живлення, яке з'єднано з катодом першого фотодіода, анод якого з'єднано з катодом другого фотодіода, анод якого з'єднано з негативним полюсом джерела живлення, який відрізняється тим, що в нього введено чотири польових транзистори, причому стік першого польового транзистора з'єднаний із джерелом живлення, витік першого польового транзистора з'єднаний з витоком другого польового транзистора, затвор першого польового транзистора з'єднаний зі стоком другого польового транзистора та зі стоком третього польового транзистора, затвор другого польового транзистора з'єднано з джерелом живлення, витік третього польового транзистора з'єднано з витоком четвертого польового транзистора, стік четвертого польового транзистора з'єднано з негативним полюсом джерела живлення, затвор третього польового транзистора з'єднано з анодом другого фотодіода, затвор четвертого польового транзистора з'єднано зі стоком другого польового транзистора, анод першого фотодіода з'єднано зі стоком третього польового транзистора та з потенціальним виходом. 2 UA 76406 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3